金溝河灌區(qū)膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用效益及難點(diǎn)探討

熊文娟

（新疆金溝河流域管理局，新疆 沙灣 832100）

1 金溝河灌區(qū)概況

金溝河灌區(qū)位于新疆北部準(zhǔn)葛爾盆地南緣塔城地區(qū)沙灣縣境內(nèi)，東接石河子，西鄰奎屯市，分別與瑪納斯河石河子灌區(qū)和巴音溝河安吉海灌區(qū)相連，金溝河灌區(qū)位于干旱半干旱地區(qū)，呈典型的大陸性氣候，年平均氣溫7.1℃，最高氣溫可達(dá)42.8℃，多年平均徑流量3.24 億m3，水資源季節(jié)性分布極不均勻，灌區(qū)（2006 年）原設(shè)計(jì)灌溉面積7.72 萬(wàn)hm2，2015 年灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積增加至8.14 萬(wàn)hm2，膜下滴灌技術(shù)實(shí)施前水資源匱乏是制約灌區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要因素，因干旱而減產(chǎn)減收的情況普遍存在。依靠先進(jìn)的農(nóng)業(yè)科技，不斷改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)模式，推行膜下滴灌，堅(jiān)持走節(jié)水型農(nóng)業(yè)發(fā)展道路，是金溝河灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

2 灌區(qū)膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 膜下滴灌工程建設(shè)內(nèi)容

金溝河灌區(qū)膜下滴灌工程建設(shè)內(nèi)容包括滴管工程及配套工程初期建設(shè)及改造完善兩個(gè)階段。2005 年金溝河灌區(qū)沙灣縣在縣農(nóng)業(yè)局及農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站的支持與指導(dǎo)下，在條件較好的棉田所進(jìn)行的棉花作物膜下常壓軟管滴灌試驗(yàn)取得了較好效果。次年，灌區(qū)便開(kāi)始大面積推廣棉花膜下常壓軟管滴灌節(jié)水技術(shù)，基本完成灌區(qū)原設(shè)計(jì)灌溉面積膜下滴灌節(jié)水工程及配套工程的初步建設(shè)。灌區(qū)以棉花為主要作物，滴灌工程利用灌區(qū)原有7 眼機(jī)電井為主要水源，單井出水量90 m3/h，共建成了7 個(gè)獨(dú)立灌溉系統(tǒng)，單井控制灌溉面積為667 m2，機(jī)電井出水量基本滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉要求。2008 年3 月完成了膜下滴灌系統(tǒng)全部建筑工程和地下工程的建設(shè)，4 月～5 月滴灌系統(tǒng)地面工程建設(shè)全部完成后試水試壓，通過(guò)后組織項(xiàng)目驗(yàn)收。

隨著金溝河灌區(qū)灌溉面積及棉花種植規(guī)模從2006 年的4.07 萬(wàn)hm2擴(kuò)大到2015 年的6.93 萬(wàn)hm2，需水量進(jìn)一步增加，原膜下滴灌工程灌溉規(guī)模已經(jīng)難以滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本需要，必須進(jìn)行原滴灌及配套工程的改造升級(jí)，提升棉花節(jié)水灌溉效率，克服常壓軟管滴灌技術(shù)所存在的對(duì)地勢(shì)條件要求嚴(yán)苛等技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)一步擴(kuò)大棉花節(jié)水灌溉面積。為此，2016 年，金溝河灌區(qū)開(kāi)始進(jìn)行膜下滴灌高新節(jié)水工程升級(jí)改造，工程的實(shí)施加快了棉田節(jié)水滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用，對(duì)于棉田種植效率及灌區(qū)經(jīng)濟(jì)效益的提升意義重大。

灌區(qū)膜下滴灌技術(shù)實(shí)現(xiàn)了滴灌技術(shù)和覆膜種植技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，加壓水流經(jīng)由過(guò)濾設(shè)施過(guò)濾后依次進(jìn)入埋設(shè)于地下的輸水干管、支管、毛管以及敷設(shè)于地膜之下的滴灌管帶，管帶上的灌水器將灌溉水滴入作物根層土壤，以供作物根系吸收。當(dāng)前，金溝河灌區(qū)升級(jí)改造后的膜下滴灌系統(tǒng)由水源工程、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)、滴頭控制及量測(cè)、保護(hù)裝置等組成[1]，見(jiàn)圖1。

圖1 膜下滴灌系統(tǒng)

2.2 工程建設(shè)取得的效益

2.2.1 增產(chǎn)效益

膜下滴灌技術(shù)實(shí)施后棉花作物生產(chǎn)環(huán)境中水肥氣熱等條件明顯改善，耕地利用率更高，與傳統(tǒng)溝灌相比增產(chǎn)效果十分明顯。2006 年膜下滴灌節(jié)水工程及配套工程建成以來(lái)，棉花增產(chǎn)效果顯著，每公頃籽棉增產(chǎn)748.27 kg，按3.4 元/kg 的單價(jià)計(jì)算，則每公頃棉花產(chǎn)值增加2544.12 元。2016 年灌區(qū)膜下滴灌高新節(jié)水工程升級(jí)改造后增產(chǎn)效果進(jìn)一步提升，每公頃籽棉增產(chǎn)1054.71 kg，按4.5 元/kg 的單價(jià)計(jì)算，則每公頃棉花產(chǎn)值增加4746.20 元。

2.2.2 直接經(jīng)濟(jì)效益

膜下滴灌技術(shù)的推行既能導(dǎo)致作物產(chǎn)量增加，又能降低水、肥、藥及田間機(jī)械作業(yè)費(fèi)和人工費(fèi)等生產(chǎn)成本，單位公頃年直接經(jīng)濟(jì)效益=年增產(chǎn)效益+年節(jié)約的生產(chǎn)成本- 工程建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。2016 年灌區(qū)膜下滴灌高新節(jié)水工程升級(jí)改造后每公頃可將低年生產(chǎn)成本約為1333.6 元，年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約1043.7 元，單位公頃年直接經(jīng)濟(jì)效益約為2368.9 元。

2.2.3 間接經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)工程實(shí)踐，膜下滴灌技術(shù)的節(jié)水率在50%及以上，所節(jié)約的水量能用于經(jīng)濟(jì)林、牧草等種植以及林果、牧業(yè)的發(fā)展，還能擴(kuò)大耕地面積，帶動(dòng)塑料、化工、電子、農(nóng)機(jī)等其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.2.4 社會(huì)及生態(tài)效益

膜下滴灌技術(shù)在灌區(qū)的推廣應(yīng)用能促進(jìn)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提升及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過(guò)使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者增收、企業(yè)增效，促進(jìn)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的普遍提高。膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用還能大量減少地表水引用及地下水開(kāi)采，促進(jìn)涵養(yǎng)水源，有效防治土壤次生鹽漬化，改善土壤生態(tài)環(huán)境。

3 灌區(qū)膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

3.1 滴灌帶滴頭堵塞問(wèn)題

金溝河灌區(qū)膜下滴灌水源為機(jī)電井水，包括水中砂礫、粉粒、鐵銹、魚(yú)卵、作物種子、藻類(lèi)、安裝時(shí)掉入的塑料碎屑等固體雜質(zhì)容易導(dǎo)致滴灌帶、滴灌管、滴頭等的堵塞；此外，滴灌系統(tǒng)管網(wǎng)滋生出的藻類(lèi)在無(wú)光線的環(huán)境中生長(zhǎng)成黏性團(tuán)加劇鐵、硫等沉淀外，還會(huì)將粉粒等雜質(zhì)聚合而成較大團(tuán)粒，堵塞滴灌帶、滴灌管及滴頭流道；工程機(jī)電井水水源普遍存在鈣鹽沉淀現(xiàn)象，沉淀物以鍍層形式附著于滴灌系統(tǒng)表面，并在pH 值影響下加速沉淀，通常而言，碳酸氫鈣含量為2.0 mg/L 的水在pH 值＞7.5 時(shí)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重沉淀，加劇滴灌帶、滴灌管及滴頭流道堵塞[2]。灌區(qū)膜下滴灌通常配合水肥一體化技術(shù)，施肥過(guò)程中，未完全溶解的化肥、農(nóng)藥等固體顆粒也會(huì)堵塞滴灌管、滴灌帶和滴頭。灌區(qū)膜下滴灌水質(zhì)情況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[3]見(jiàn)表1。

表1 灌區(qū)膜下滴灌水質(zhì)情況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

金溝河灌區(qū)膜下滴灌機(jī)電井水源水質(zhì)中懸浮固體物含量109.4 mg/L，總硬度285 mg/L，不溶性固體物含量2043 mg/L，pH 值8.1，F(xiàn)e 含量、Mn 含量、H2S 含量分別為1.7 mg/L、1.4 mg/L和1.4 mg/L，所以滴灌管堵塞的可能性非常大。

為有效解決滴灌帶滴頭堵塞問(wèn)題，金溝河灌區(qū)膜下滴灌系統(tǒng)必須進(jìn)行過(guò)濾器的重新選配，具體應(yīng)參照《農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備、滴頭和滴灌管技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)方法》（GB/T 17187-2009）所給出的過(guò)濾器選型依據(jù)[3]（見(jiàn)表2），金溝河灌區(qū)膜下滴灌系統(tǒng)應(yīng)選擇沉淀池+砂過(guò)濾器+篩網(wǎng)過(guò)濾器或疊片過(guò)濾器，以砂過(guò)濾器進(jìn)行機(jī)電井水中有機(jī)雜質(zhì)一級(jí)過(guò)濾，再通過(guò)篩網(wǎng)或疊片過(guò)濾器二級(jí)過(guò)濾。

表2 過(guò)濾器選型參照表

3.2 滴灌管帶溫度控制問(wèn)題

在夏季環(huán)境溫度達(dá)30℃以上，膜下內(nèi)側(cè)水汽凝結(jié)成珠，在陽(yáng)光照射后一定角度內(nèi)發(fā)生聚焦以及黑色滴灌帶自身吸熱過(guò)多導(dǎo)致其局部溫度可達(dá)80℃，導(dǎo)致滴灌帶粘連或?qū)⒌啬C裂或熔穿，失去地膜保護(hù)的地面雜草叢生，保溫保墑性能退化，灌溉效率下降。

為有效解決這一問(wèn)題，在播種機(jī)整地仿形輪后方增設(shè)一套壓溝裝置，并使其與播種機(jī)主梁架連接，由于滴灌帶寬70 mm ～80 mm，所以壓溝裝置滾輪直徑和輪緣寬均按100 mm設(shè)計(jì)，所壓溝深30 mm。將滴灌帶埋設(shè)于溝底，不與薄膜粘貼，并在膜上修筑防風(fēng)壩，有效解決滴灌帶吸熱及膜下水珠聚焦陽(yáng)光而發(fā)生的薄膜燙裂或熔穿問(wèn)題。

3.3 殘膜回收問(wèn)題

由于膜下滴灌作物的收獲主要依靠人工，卷毛管、打捆和拉運(yùn)都會(huì)耗費(fèi)大量人力，而對(duì)殘膜回收卻無(wú)暇顧及，白色污染的加劇導(dǎo)致田間地膜管帶大量殘留，直接影響作物出苗及生長(zhǎng)發(fā)育等后作種植。

為有效解決殘膜回收問(wèn)題，應(yīng)大力推廣使用能自動(dòng)降解的液態(tài)地膜，液態(tài)地膜比傳統(tǒng)地膜投資節(jié)省，且能減輕地膜鋪覆勞動(dòng)強(qiáng)度，浸潤(rùn)性能優(yōu)良，水分蒸發(fā)抑制率在30%～50%之間，保水增濕作用顯著。作物幼苗長(zhǎng)出后能坡膜而出，地膜生物降解后變成腐殖酸肥料，具有改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等積極作用。

4 結(jié)論

綜上，膜下滴灌技術(shù)在金溝河灌區(qū)的應(yīng)用能有效緩解干旱區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水匱乏的現(xiàn)狀，提升用水效率的同時(shí)，帶來(lái)顯著的增產(chǎn)效益。但是，灌區(qū)在應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)的過(guò)程中普遍面臨滴灌帶滴頭堵塞、滴灌管帶溫度控制、殘膜回收等問(wèn)題，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及膜下滴灌效益的順利發(fā)揮。灌區(qū)灌溉實(shí)踐證明，采用沉淀池+砂過(guò)濾器+篩網(wǎng)過(guò)濾器或疊片過(guò)濾器方案，以砂過(guò)濾器進(jìn)行機(jī)電井水中有機(jī)雜質(zhì)一級(jí)過(guò)濾，再通過(guò)篩網(wǎng)或疊片過(guò)濾器二級(jí)過(guò)濾能有效解決膜下滴灌管堵塞問(wèn)題。上述幾點(diǎn)問(wèn)題也是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)膜下滴灌技術(shù)推廣應(yīng)用及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過(guò)程中亟待解決的技術(shù)難題，有待進(jìn)一步深入探究。